2.1.2.3.1. Коэффициент теплопередачи плоских неограниченных прослоек

Для неограниченных прослоек (0 <0,2) коэффициент конвекциизависит от произведения критериев

. (2.1.17)

Коэффициент конвекции , в зависимости от произведения , принимают равным:

при < 1000= 1 и, следовательно, ,

при > 1000=0,18 .

Раскрывая в формуле (2.1.16) критерий и принимая за определяющий размер толщину прослойки, после преобразований получают

.

Коэффициент учитывает теплофизические параметры прослойки, взятые при температуре . Подставляя полученное выражениев (2.1.16), получают

. (2.1.18)

Для воздушных прослоек произведение в широком диапазоне температурt_m= 0…1000^ОС остается практически постоянным и равнымА₄λ_m= 0,453. Тогда выражение (2.1.18) примет вид

. (2.1.19)

Коэффициент теплопередачи прослойки, заполненной, например, жидкостью, рассчитывается по формуле (2.1.1,6), а величина А₄и коэффициент теплопроводности для конкретной жидкостиλ_mберутся из таблиц.

2.1.2.3.2. Коэффициент теплопередачи ограниченных прослоек

Для ограниченной прослойки, когда ее толщина соизмерима с линейными размерамиl₁ и l₂(рис. 2.1.5,б), процесс переноса тепла зависит не только от произведения , но и от отношения и ориентации поверхностей. Как установлено экспериментально,в этом случае выражается формулой [1]

, (2.1.20)

где функция равна

(2.1.21)

Вынося в выражении (2.1.17) температуру и определяющий размер ,входящие в критерийGr, из под степени и подставляя их в выражение коэффициента конвекции (2.1.16) после преобразований, получают

. (2.1.22)

В выражении (2.1.22) коэффициент равен , его размерность .КоэффициентА₅ учитывает физические свойства среды между поверхностями. Этот коэффициент в [1] рассчитан для различных температурt_m и приведен в виде таблицы.

2.1.3. Теплообмен при вынужденном движении жидкости

При вынужденном движении жидкости не будет восходящих потоков жидкости. Поэтому для определения режима движения жидкости используют критерий Рейнольдса Re

, (2.1.23)

где v- скорость течения жидкости у поверхности тела, м/с;l- определяющий геометрический размер тела, м;υ– коэффициент вязкости жидкости.

По критерию Рейнольдса определяют режим течения жидкости (ламинарный, турбулентный, переходный) у поверхности тела. Для этого сравнивают , расчитанный по формуле (2.1.23), с критическим значением, которое для различных ситуаций различно.

При вынужденной конвекции, как и в случае естественной конвекции, также наблюдаются ситуации неограниченного и ограниченного пространства.

2.1.3.1. Коэффициент теплоотдачи при движении жидкости вдоль плоской поверхности

Это случай неограниченного пространства, когда жидкость после контакта с нагретой поверхностью больше не вступает в соприкосновение с этой поверхностью. В данном случае могут устойчиво существовать ламинарный или турбулентный режимы.

Пусть поверхность тела омывается потоком жидкости внешней среды, скорость этой жидкости у поверхности v. За определяющий размер в выражении критерияпринимается протяженность поверхности по направлению движения жидкости. Критическое значение числадля этого случая равно [1]

=. (2.1.24)

При величине , меньшей, движение жидкости будет ламинарным, при большей - турбулентным. Переходный режим занимает небольшую область значений, и его практически не учитывают.

После определения режима движения жидкости вычисляют критерий по формулам:

при ламинарном движении жидкости

, (2.1.25)

при турбулентном движении

. (2.1.26)

Индексы fиwв выражениях (2.1.25) и (2.1.26) указывают, что физические параметры жидкости при расчете критериев следует брать соответственно при температуре набегающего потока жидкости и поверхности тела .

Для воздуха в широком интервале температур 0…1000 ^ОС критерийпочти не изменяется и равен= 0,71, тогда = = 0,71 и= 0,86. Выражения (2.1.25) и (2.1.26) принимают вид:

при ламинарном движении жидкости

; (2.1.27)

при турбулентном движении жидкости

. (2.1.28)

Рассчитав критерий Нуссельта по соответствующей формуле, находят конвективный коэффициент теплоотдачи

. (2.1.29)